外物损伤叶片的微观损伤和残余应力对疲劳性能影响

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1、中图分类号：V231.91论文编号：102870215-S062学科分类号：082502硕士学位论文外物损伤叶片的微观损伤和残余应力对疲劳性能影响研究生姓名李永建学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向结构强度与振动指导教师关玉璞教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringEffectsofMicro-DamageandResidualStres

2、sofForeignObjectDamagetoBladesonFatiguePropertiesAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyLiYongjianAdvisedbyProf.GuanYupuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015II承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢

3、的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：III外物损伤叶片的微观损伤和残余应力对疲劳性能的影响摘要飞机在起飞、降落或者低空飞行过程中，容易遭受沙粒、石子、金属块或金属碎片等冲击，造成外物损伤。外物损伤会在冲击位置造成宏观的损伤缺口，并伴随有微观损伤和残余应力，导致发动机叶片疲劳强

4、度降低，对飞机飞行安全造成危害。因此开展外物损伤的研究工作，分析微观损伤和残余应力对损伤叶片疲劳性能的影响，对防止外物损伤事件引发的飞行事故具有重要的意义。本文围绕风扇/压气机叶片的外物损伤问题进行了研究，主要包括以下3个方面的内容：（1）利用空气炮试验系统对150片模拟平板叶片试样进行了外物损伤模拟试验，使用三维数值显微镜对损伤进行宏观缺口测量，按损伤试样的宏观损伤参量将试样分组。使用扫描电子显微镜对损伤缺口表面进行微观观察，外物损伤的微观损伤特征主要有：光滑区域、塑性变形、微小裂纹、微小缺口、剪切带、材料丢失等。（2）采用高频疲劳试验机对光滑的

5、TC11合金狗骨头棒试样和外物损伤试样进行高周疲劳试验。外物损伤会使试样的疲劳强度大幅下降，且具有较大的分散性。损伤缺口的宽度对平板试样的疲劳强度影响不大，损伤缺口深度、外物尺寸、冲击速度对疲劳强度影响较大。（3）采用金相显微镜对外物损伤试样疲劳断口进行观察，外物损伤会改变受损区域试样材料的金相组织，使组织形状变得细长，且具有一定排列方向。进行机加工试样、去应力退火试样与外物损伤试样的疲劳强度对比试验研究，研究表明：去应力退火消除残余应力后可以使外物损伤试样的疲劳强度得到提升；机加工试样的疲劳强度高于去应力退火试样。关键词：外物损伤，疲劳强度，微观

6、损伤，残余应力IV南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTThesandormetalimpactplaneintaking-off,landingorlowaltitudeflight,causingforeignobjectdamage.Foreignobjectdamagecancausemacro-damageinimpactlocation,accompaniedwiththemicro-damageandresidualstress,leadingthefatiguestrengthofenginebladedecreasing,d

7、oingdamagetotheaircraftflightsafety.Sotheresearchontheeffectofforeignobjectdamage,microdamageandresidualstressonfatiguepropertieshasanimportantsignificance.ThepaperstudiesonFOD,includingthefollowing:(1)Inthispaper,platespecimenissimulatedFODbyusinggasgun,themacrodamageismeasur

8、edbyusing3dnumericalmicroscopeandobservedbyusingSEM.Therearem